在規劃設備的初始階段，若能遵循嚴謹的工程規範，便可以平順地轉換至高畫質（HD）系統。選擇正確類型的纜線，以符合HD訊號的高資料速率，是確保安裝正確無誤的關鍵。謹慎安裝纜線，避免不當地捲曲、扭曲、彎曲或在纜線上加壓，以確保高畫質訊號從A點順利傳輸至B點。在安裝時，可以執行簡單的測試與量測，以確認每個連結的效能。

壓力測試

不同於逐漸衰弱的類比系統，數位系統傾向正確無誤地運作，直到瞬間當機為止。截至目前為止，尚未有非服務中斷的餘值（Headroom）量測。評估系統作業時，必須執行離線壓力測試。壓力測試包含變更一個或多個數位訊號的參數，直至產生錯誤為止。產生錯誤所需的變更量，就是餘值（Headroom）的量測值。從相關的串列數位視訊標準（SMPTE 259M或SMPTE 292M）中的規格開始，向系統施壓最直覺的方法，是增加纜線，直到錯誤開始產生為止。其他測試方法為變更振幅或上升時間，或加入雜訊和（或）抖動至訊號。每項測試會評估一個或多個方面的接受器效能，特別是自動等化器（Equalizer）的範圍與準確度，以及接收器雜訊的特性。實驗結果顯示由於纜線長度測試（特別是在與下列章節所述的SDI檢查圖場訊號一起使用時）代表了實際作業情形，因此成為最具意義的壓力測試。接收器處理振幅變更的能力和加入抖動的壓力測試，在評估和接受設備時很有用，但在系統作業中並沒有太大的意義。（量測發射器的訊號振幅以及量測系統中多個點的抖動，雖然在作業測試中也很重要，卻沒有壓力測試來得重要。）加入雜訊或變更上升時間（在合理的範圍內）對數位系統的影響不大，在壓力測試中也不重要。

纜線長度壓力測試

纜線長度壓力測試可使用實際的同軸纜線或纜線模擬器來進行。同軸纜線是最簡單也最實際的方法。在安裝過程中，應該在每個HD連結中額外加入20公尺的纜線，並在標準畫質（SD）中額外加入50公尺的纜線，以便為系統提供額外的餘值。產生的錯誤即為要量測的關鍵參數，因其定義失效點。有了錯誤量測法，量測品質便取決於錯誤曲線中彎曲處的銳利度。因此，使用量測儀器來監控眼狀圖和抖動顯示，便可決定訊號實體層的品質。

SDI檢查圖場

SDI檢查圖場（又稱病理訊號），是一個完整圖場的測試訊號，因此必須在離線服務時才能產生。此為串列數位系統難以處理的訊號，因此是一個需執行的非常重要測試。在資料打散後，在兩個不同的圖場中，SDI檢查圖場（SDI Check Field）會擁有最高的低頻能量。在統計上，此低頻能量大概會在每個訊框產生一次。

SDI檢查圖場的一個部分會連續產生19個0，再接著一個1（或19個1，再接著一個0），以便測試等化器（Equalizer）作業。一旦打散器達到所需的起始條件，大約每個圖場會這樣發生一次。且一旦發生，會持續整個掃描線，並以EAV封包終止。此程序會產生高直流成份，造成設備的類比功能和處理訊號的傳輸系統壓力。這個部分的測試訊號可能會以亮度值為198 h、兩個色度頻道（chroma channel）均為300的紫色陰影出現於圖像顯示的上方。

其他部分的SDI檢查圖場訊號則設計成以包含20個0再接著20個1的偶發訊號，來檢查相位鎖定迴路的效能。它提供時脈擷取最小數目的零交叉（zero crossing）。這個部分的測試訊號可能會以亮度值為110 h、兩個色度頻道均為200h 的灰色陰影出現於圖像顯示的下方。

某些測試訊號產生器會使用不同的訊號順序以及綠色陰影的圖像顯示，結果均會相同。其中一個訊號元件（以及其他統計上較難找的顏色）可能會以電腦所產生的圖形呈現，因此系統能否正確無誤地處理SDI檢查圖場的測試訊號，是非常重要的。

SDI檢查圖場在數位視訊中是完全合法的訊號，但在複合頻域中則否。SDI檢查圖場定義於適用SD的SMPTE Recommended Practice RP178以及HD的RP198中。

CRC錯誤測試

循環冗餘檢查（Cyclic Redundancy Check；CRC）可用來提供資訊給運算器，甚至也可在事件資料未完整抵達時發出外部警報。CRC會以高畫質格式出現於每個視訊掃描線中，並可以選擇性插入至標準畫質格式的每個圖場中。CRC會計算並插入至資料訊號，以便與接收端新計算的CRC做比較。在標準畫質格式中，CRC值會插入至切換點之後的垂直間隔中。SMPTE RP165定義了在標準畫質視訊格式中，偵測和處理資料錯誤時可選用的方法。完整圖場（Full Field）和有效圖像（Active Picture）資料會分別檢查，然後每個圖場會產生一個16位元CRC字串。「完整圖場」檢查會涵蓋所有傳輸的資料，除了保留給垂直間隔切換的掃描線外（525條標準掃描線中的第9至11條線，或625條標準掃描線中的第5至7條線）。「有效圖像」檢查僅涵蓋SAV與EAV之間（但不包含SAV與EAV）的有效視訊資料字串。「有效圖像」檢查不包含半掃描線的有效視訊。數位監視器可提供CRC值的顯示以及所有CRC錯誤的警報。

在高畫質格式中，亮度和色度的CRC排在EAV和掃描線計數輔助資料字串之後。高畫質格式的CRC定義在SMPTE 292M中，排列在EAV和掃描線數字串之後，因此CRC檢查是以掃描線為基礎。例如波形監視器便會在視訊連線狀態顯示中出現此資料，並以圖場為基礎報告錯誤數目。因此，使用者可以監視在傳輸路徑沿途中所接收到的錯誤數目。在理想的狀況下，該儀器會顯示零個錯誤，表示傳輸路徑中沒有任何錯誤發生。如果錯誤數目開始增加，使用者應該開始留意這些增加的錯誤。當錯誤增加至每小時或每分鐘一次，表示系統已漸漸接近數位懸崖點（digital cliff），此時應該進一步檢查傳輸路徑，以便在系統達到數位懸崖點之前，隔離產生錯誤的原因，否則將難以隔離路徑中的錯誤，此項作業可以使用具有眼狀圖與抖動顯示的波形監視器完成。

從圖像監視器上也可發現可見的錯誤，起初會因為黑白像素消失而造成閃爍效應，接著，圖像會在凍結之前發生部分或整個線條消失，或在訊號傳輸跨越數位懸崖點之後變黑。若要避免這種情況發生，必須監控實體層，使其保持在良好的狀態。

眼狀圖圖樣測試

眼狀圖圖樣是傳送資料的類比訊號之示波器檢視。接收器必須偵測得到可靠的訊號高低頻率，才能產生正確無誤的即時資料。以眼狀圖圖樣顯示量測的基本參數為訊號振幅、上升時間以及過激量，如(圖一)所示。如果謹慎指定時脈，也可使用眼狀圖圖樣來量測抖動。眼狀圖圖樣在到達時會先被檢視，才進行等化。因此，大部分眼狀圖圖樣的量測會在訊號源附近進行，訊號才不會受太多雜訊干擾而造成頻率的衰減。

重要規格（包括振幅、上升時間以及抖動）皆定義於標準SMPTE259M、SMPTE292以及RP184中。頻率或週期，取決於研發訊號源的電視同步產生器，而非串行化流程。

單位間隔（Unit Interval；UI）定義為兩個相鄰訊號傳輸之間的時間，也是時脈頻率的倒數。數位元件525和625（SMPTE 259M）的單位間隔為3.7ns，而數位高畫質（SMPTE 292M）的單位間隔則為673.4ps。串列接收器會決定每個眼狀圖中心的訊號為「高」或「低」，並藉此偵測串列資料。當訊號中的雜訊和抖動隨著傳輸頻道而增加時，眼狀圖的中心當然是最好的決斷點，雖然某些接收器會在每個傳輸點之後固定時間選擇一點。任何關閉眼狀圖的效應都可能會降低所接收的訊號的效用。在向前同步修正的通訊系統中，可藉由幾乎關閉的眼狀圖進行精確的資料還原。正確地傳輸串列數位視訊需要極低的錯誤率，因此在接收器等化之後需要較大、較清楚的眼狀圖開口。這是因為流程的隨機性質，會關閉具有導致偶發但無法彌補的錯誤統計「尾巴」眼狀圖。允許抖動的指定值為0.2UI，也就是說，數位元件525和625為740ps，而數位高畫質則為134.7ps。數位系統可於超出此抖動規格之外運作，但在到達某一點時會失敗。數位系統的基礎為維護這些規格，將系統維持在最佳狀態，並防止導致系統偏離突變邊緣的當機情形發生。

《圖一　HD 1080i50訊號的自動化眼狀圖顯示》

訊號振幅非常重要，因為與雜訊相關， 而且接收器會在訊號抵達時，依據剩餘的半時脈頻率能量來預測所需的高頻率補償（等化）。傳送端不正確的振幅會使接收端套用不正確的等化，而導致訊號失真。

上升時間量測是由適用於ECL邏輯裝置的20％至80％點進行的，不正確的上升時間可能導致訊號失真（例如振盪和過激），如果太慢，也可能會減少在眼狀圖中取樣的可用時間。

過激可能是因為上升時間不正確，但更可能是由於接收或傳送終端的抗阻中斷或不良反射損失所造成。正確接收端終止的有效測試需要具有高效能環通的測試儀器，才能檢查評估中的終止所造成的所有缺陷。纜線耗損傾向降低反射的可見度，特別當高畫質資料速率在1.485Gbps及以上時。高畫質數位輸入通常在內部終止，且線上的眼狀圖圖樣監視不會將測試反饋給其他裝置的傳輸路徑（纜線）。離線服務的傳輸路徑測試由針對訊號源的替代測試訊號產生器來進行的，而且可以具有眼狀圖圖樣顯示的波形監視器取代一般的接收裝置。

眼狀圖圖樣測試需要已知響應比傳輸層資料速率高出許多的示波器，且通常使用取樣技術來量測。例如提供了標準畫質（270Mbps資料）眼狀圖圖樣量測功能的自動視訊量測儀以及波形監視器，部份儀器更允許高畫質1.485Gbps資料串的眼狀圖圖樣量測。這些數位波形監視器提供了許多好處，因為它們可以擷取、顯示以及量測視訊資料。取樣的眼狀圖圖樣可顯示為三個資料位元的重疊，以顯示與10位元資料字元不相關的抖動，或者也可設定顯示，以顯示SD的10位元字元關聯資料和HD的20位元字元關聯資料。而且藉由波形監視器掃描和視訊同步化，更容易找出任何資料串中與水平或垂直視訊資訊關聯的DC偏移。

抖動測試

由於視訊資料沒有提供個別的時脈，取樣時脈必須透過偵測資料轉態還原。這可由直接還原預期時脈頻率周遭的能量，驅動幾乎即時被進入的訊號鎖定的高頻寬振盪器（例如5MHz頻寬、270MHz振盪器）達成。此振盪器會接著驅動非常平均、低頻寬的振盪器（即10Hz頻寬、270MHz振盪器）。在抖動量測儀器中，高低頻寬振盪器的樣本會在相位解調器中做比較，以產生代表抖動的輸出波形，稱之為解調器方法（Demodulator Method）。

時序抖動定義為在某個低頻率之上（一般是10Hz），與無抖動時脈相關數位訊號的重要實例（例如零交叉）之時間變化。雖然使用原始的參考時脈是最佳選擇，但一般不易取得，因此通常會在量測儀器中使用新的、非常平均的振盪器。

對齊抖動，或相關抖動，定義為從訊號本身還原的假設時脈相關聯數位訊號的重要時刻（例如零交叉）之時間變化。此還原的時脈會追蹤訊號至其高時脈還原頻寬，特別在1KHz至100KHz。量測的對齊抖動包括此頻率之上的條件，對齊抖動則會顯示訊號至鎖存（signal-to-latch）時脈時序邊際降級。

提供高通濾波選項之儀器可以隔離抖動能量。抖動資訊有可能未經過濾（完整10Hz至5MHz頻寬）以顯示時序抖動（Timing Jitter），或以1kHz（–3dB）高通濾波過濾，以顯示1kHz至5MHz對齊抖動（Alignment Jitter）。可選取其他高通濾波，以便進一步隔離抖動元件。這些量測儀器提供抖動振幅的直接讀數，以及解調抖動波形的視覺顯示，以協助隔離造成抖動的原因，如(圖二)所示。

《圖二　兩個圖場抖動顯示可表示在圖場速率下的抖動干擾》

通常單一路徑中的資料接收器所能容忍的抖動，會比 SMPTE 建議中所指定的值高出許多，但經由多個裝置累積的抖動（抖動成長），可能導致意想不到的錯誤。SMPTE RP184、EG33以及RP192中便討論了位元串列系統的抖動。

結論

若能在設計高畫質數位基礎建設的初期，遵循良好的工程規範，便可以確保日後高資料速率數位訊號的傳輸品質。在安裝階段中，確認所使用的纜線品質並正確地安裝，有助於確保訊號傳輸正確無誤。透過設備傳輸訊號，即可進行簡單的CRC監視，並警告運算器在訊號傳輸中的潛在問題。這些工具將可用來檢查實體層的品質，透過眼狀圖和抖動顯示，協助排除疑難和隔離系統中的問題。

（作者為Tektronix太克視訊應用工程師）

市場動態

本文藉由撰寫LabVIEW程式，建立一套圖形介面之自動化量測系統，以期將來在開發自動平衡器或其他減振裝置時，能夠有效縮短系統之測試時間及減少工程人力的投入。而在整個自動化量測系統中將包含馬達轉速的監控、閃頻儀同步化以及量測穩態時之殘餘振動量等。相關介紹請見「搭配滾珠型自動平衡器之光碟機振動量測系統 」一文。 在競爭激烈的環境中，品質將視為產品是否勝出的關鍵，在品質優先的條件下，產品抽樣檢驗已經無法滿足廠商及消費者的需求。全檢可對每一個產品的品質把關，還能突顯出產品的優勢，因此，唯有使用符合客製化需求的自動化量測系統，才能在全檢的條件下完成大量生產及出貨的目標。你可在「 背光板輝度、均勻度量測系統簡介」一文中得到進一步的介紹。 談到量測自動化，就不能不提其中相當關鍵的資料擷取系統；「資料擷取」是由類比與數位訊號源自動化量測的過程，訊號來源包含感測器或是待測裝置。資料擷取裝置運用了PC-based量測硬體與軟體的結合，來提供一個具彈性且「客製化」的量測系統。在「 自動化量測 抓住未來」一文為你做了相關的評析。

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